ABAQUS基础ppt学习教案.ppt
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2021/7/261第第11章章ABAQUSABAQUS基础基础SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/262本章主要内容本章主要内容1ABAQUS产品的组成2ABAQUS/CAE中的分析模块与常用工具3ABAQUS中的分析模型组成SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2631ABAQUS1ABAQUS产品的组成产品的组成SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2641ABAQUS1ABAQUS产品的组成产品的组成核心求解器ABAQUS/Standard通用模块,隐式积分ABAQUS/Explicit动态有限元模拟,显式积分前后处理ABAQUS/CAE交互式图形环境(前处理)ABAQUS/ViewerCAE的一部分,又称为Visualization模块(后处理)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2651ABAQUS1ABAQUS产品的组成产品的组成其他模块ABAQUS/Aqua适合于模拟离岸结构,如油井平台,可用于分析波浪、风荷载和浮力的作用。
ABAQUS/Design适合于进行设计敏感性计算ABAQUS/Foundation适合于线性静态、动态分析SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2662ABAQUS/CAE2ABAQUS/CAE中的分析模块与常用工具中的分析模块与常用工具2.1ABAQUS/CAE的组成(Components)2.2ABAQUS/CAE中的分析模块(Modules)2.3ABAQUS/CAE中的常用工具(Tools)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2672.1ABAQUS/CAE2.1ABAQUS/CAE的组成的组成(ComponentsComponents)主窗口的组成工具栏(Toolbar)环境栏(Contextbar)模型树(Modeltree)工具区(Toolboxarea)视图区(Viewport)提示区(Promptarea)信息区(Messagearea)和命令行接口(Commandlineinterface)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2682.2ABAQUS/CAE2.2ABAQUS/CAE中的分析模块中的分析模块(ModulesModules)分析模块部件(Part)特性(Property)装配(Assembly)分析步(Step)相互作用(Interaction)载荷(Load)网格(Mesh)作业(Job)可视化(Visualization)草图(Sketch)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2692.2ABAQUS/CAE2.2ABAQUS/CAE中的分析模块中的分析模块(ModulesModules)分析过程分析模块SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26102.3ABAQUS/CAE2.3ABAQUS/CAE中的常用工具(中的常用工具(ToolsTools)查询(Query)数据点(Datum)剖分(Partition)集合(Set)与面(Surface)显示组(DisplayGroup)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2611实例实例11:
路面结构的受力分析:
路面结构的受力分析主要目的主要目的:
熟悉ABAQUS/CAE中的常用工具。
问题描述问题描述:
具有五层结构的沥青路面,路面总厚度为69cm。
在路面顶面作用标准行车荷载,即垂直压力0.7MPa,两荷载圆半径为1(10.65cm),圆心距为3(31.95cm)。
模型深度取3m,宽度取6m。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2612实例实例11:
路面结构的受力分析:
路面结构的受力分析路面结构各层材料的特性如下:
结构层材料名称厚度(cm)弹性模量E(MPa)泊松比表面层沥青玛蹄脂SMA414000.35中面层沥青混凝土AC20612000.3下面层沥青稳定碎石ATB2410000.3上基层级配碎石GM155000.35下基层水泥稳定碎石CTB2015000.25土基压实土SG400.42021/7/2613实例实例11:
路面结构的受力分析:
路面结构的受力分析现场实例演示SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2614ABAQUSABAQUS约定约定11:
单位:
单位ABAQUS有限元程序中没有规定尺寸单位,需要用户自行定义一致的尺寸单位。
常用的尺寸单位如下表所示(建议采用国际单位制SI或SI(mm)。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2615ABAQUSABAQUS约定约定11:
单位单位QuantitySISI(mm)USUnit(ft)USUnit(inch)LengthmmmftinForceNNlbflbfMasskgtonne(103kg)sluglbfs2/inTimessssStressPa(N/m2)MPa(N/mm2)lbf/ft2psi(lbf/in2)EnergyJmJ(103J)ftlbfinlbfDensitykg/m3tonne/mm3slug/ft3lbfs2/in4SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2616ABAQUSABAQUS约定约定22:
自由度自由度ABAQUS中的自由度(degreesoffreedom(dof))规定如下:
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26173ABAQUS3ABAQUS中的分析模型组成中的分析模型组成3.1ABAQUS分析过程前处理(ABAQUS/CAE)模拟计算(ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit)后处理(ABAQUS/CAE)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26183.2ABAQUS3.2ABAQUS分析模型的组成分析模型的组成离散化的几何图形(Discretizedgeometry)单元截面属性(Elementsectionproperties)材料数据(Materialdata)载荷和边界条件(Loadsandboundaryconditions)分析类型(Analysistype)输出需求(Outputrequests)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26194ABAQUS4ABAQUS中的常用命令中的常用命令命令约定:
在C:
Temp后输入abaqushelp,按Enter键回车,将显示当前版本ABAQUS所支持的所有命令(均以abaqus开头)。
在下面的ABAQUS命令中,有以下约定:
黑体字(Boldface)部分为可选项。
可选项位置不限,并可被简写;默认选项下加下划线();方括号()之间的部分是可选的;用竖线(|)隔开的部分是相互排斥的;花括号()之间的部分必须选择一个;斜体字(italics)部分必须由用户给定一个值;空格(blanks)作为选项之间的分隔符,不要在等号(=)之前或之后使用;格式(option=value)可用格式(-optionvalue)代替。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26204ABAQUS4ABAQUS中的常用命令中的常用命令用于获取信息的命令(Executionprocedureforobtaininginformation)abaqushelp|information=environment|local|memory|release|status|support|system|alljob=job-name|whereami最常用命令:
abaqushelp(用来获取ABAQUS所有命令)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26214ABAQUS4ABAQUS中的常用命令中的常用命令用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit求解器的命令(ExecutionprocedureforABAQUS/StandardandABAQUS/Explicit)abaqusjob=job-nameanalysis|datacheck|parametercheck|continue|convert=select|odb|state|all|recover|syntaxcheck|information=environment|local|memory|release|status|support|system|allinput=input-fileuser=source-file|object-fileoldjob=oldjob-namefil=append|newglobalmodel=resultsfile-name|outputdatabasefile-namecpus=number-of-cpusparallel=domain|loopdomains=number-of-domainsmp_mode=mpi|threadsstandard_parallel=all|solvermemory=memory-sizeinteractive|background|queue=queue-nameafter=timedoublescratch=scratch-diroutput_precision=single|fullSchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2622输入文件(输入文件(*.inp)的格式约定)的格式约定关键字行“*”开始,后紧跟关键字和必要参数*Element,type=T2D2续行标志符,“,”*Element,type=T2D2,ELSET=FRAME关键字行中可存在空格*Element,type=T2D2SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2623输入文件(输入文件(*.inp)的格式约定)的格式约定数据行必须经跟关键字行*NODE101,0.,0.,0.102,1.,0.,0.数据行中可存在空格101,0.,0.,0.101,0.,0.,0.2021/7/2624有限单元和刚体SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26253.1单元(单元(element)的表征)的表征单元簇(Family)自由度(Degreesoffreedom,与单元族直接相关)节点数(Numberofnodes)数学描述(Formulation)积分(Integration)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2626ABAQUS常用单元簇常用单元簇SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2627ABAQUS常用单元簇常用单元簇单元名字开始的字母S4R壳单元C3D8I实体单元CINPE4无限单元B31梁单元SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2628ABAQUS自由度约定自由度约定1、2、31、2、3方向的平动4、5、6绕1、2、3轴的转动7开口截面梁单元的翘曲8声压或孔隙压力9电势11温度(或物质扩散分析中归一化浓度)12+梁和壳厚度上其它点的温度SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2629ABAQUS自由度约定自由度约定轴对称单元1r-方向的平动2z-方向的平动6r-z平面内的转动SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2630单元数单元数-插值的阶数插值的阶数线性单元(一阶单元)二次单元(二阶单元)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2631单元的数学描述单元的数学描述1.拉格朗日或材料行为的描述(不存在自适应网格时)材料不在单元间移动2.欧拉或空间描述材料在单元间流动流体力学模拟3.混合描述(ABAQUS/Explicit中自适应网格)小知识:
杂交单元的数学描述单元名字后加“H”,如C3D8HSchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2632单元积分单元积分高斯积分方法全积分CAX4减缩积分CAX4RSchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26333.2实体单元实体单元C3D8实体单元单元维数节点数3D:
三维单元AX:
轴对称单元PE:
平面应变单元PS:
平面应力单元SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26343.2.1三维实体单元三维实体单元六面体(砖形)、楔形或四面体形应尽量采用六面体单元或修正二次四面体单元。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26353.2.2二维实体单元二维实体单元模拟厚结构模拟薄结构模拟轴对称结构SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26363.2.3实体单元自由度实体单元自由度二维(平面应变、平面应力、无扭曲轴对称)1、2三维1、2、3SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26373.2.4实体单元性质实体单元性质仅二维单元需要单元性质*SOLIDSECTION三维和轴对称单元不需要附加几何信息SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26383.3壳单元壳单元一般壳单元S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T薄壳单元STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA厚壳单元S8R,S8RTSchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26393.3.2壳单元自由度壳单元自由度名字以“5”结尾的三维壳单元5自由度:
3平动2转动其它三维壳单元6自由度:
3平动3转动轴对称壳单元1r-方向的平动2z-方向的平动6r-z平面的转动SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26403.3.3壳单元性质壳单元性质数值积分方法*SHELLSECTION一般方法*SHELLGENERALSECTIONSchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26413.3.4数学描述和积分数学描述和积分数学描述S4R,S3R,SAX考虑了有限膜应变,允许壳厚度随单元的变形而变化其它单元假定小应变,壳厚度不变积分四边形、三角形壳单元,S3R,采用减缩积分其它三角形壳单元,采用全积分SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2642刚体(刚体(Rigidbodies)SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2643总结(总结(Summary)单元类型的选择对模拟的准确性和效率具有重要影响。
单元节点的自由度依赖于与单元的连接。
单元名完全定义了单元簇、数学描述、节点数和积分类型。
所有单元必须要指定截面(section)性质。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2644对于实体单元,可定义应力和应变等输出变量。
模型上的任何一部分均可定义为刚体。
刚体的计算效率远高于多点约束。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2645第四章第四章应用实体单元应用实体单元研究内容不同的单元数学描述和积分水平如何影响一个特定分析的精度选择实体单元的通用性指导SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26464.1单元数学描述和积分单元数学描述和积分完全积分减缩积分非协调单元杂交单元SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26474.1.1完全积分完全积分完全积分是指当单元具有规则形状时,所用的高斯积分点可以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确地积分。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2648相关知识相关知识剪力自锁将使单元变得“刚硬”,只影响受弯曲荷载的完全积分线性(一阶)单元,这些单元功能在受直接或剪切荷载时没有问题。
二次单元的边界可以弯曲,没有剪力自锁的问题。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2649SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26504.1.2减缩积分减缩积分只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和三角形实体单元采用完全积分。
减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2651采用减缩积分的二维单元积分点采用减缩积分的二维单元积分点SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2652线性减缩积分单元线性减缩积分单元存在沙漏(hourglassing)的数值问题,过于柔软。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2653二次减缩积分单元二次减缩积分单元二次减缩积分单元也存在沙漏模式。
但在正常网格中这种模式几乎不可能扩展,并且在网格足够细时很少成为问题。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26544.1.3非协调单元非协调单元目的:
克服完全积分一阶单元的剪力自锁问题。
剪力自锁是由于单元的位移场不能模拟与弯曲相联系的运动学现象而引起的。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2655ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。
在弯曲问题中,用非协调单元可得到与二次单元相当的结果,且计算费用明显降低。
对单元扭曲很敏感。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2656非协调单元选用策略非协调单元选用策略必须保证单元扭曲非常小,才可采用非协调单元;对网格较复杂的模型,宜采用减缩积分二次单元。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26574.1.4杂交单元杂交单元对于ABAQUS的每一种实体单元,如所有减缩积分单元和非协调单元,均可得到一个杂交单元形式。
(单元名字前加“H”)当材料是不可压缩的(泊松比=0.5)或非常接近于不可压缩时(泊松比0.495)时采用杂交单元。
杂交单元包含一个可直接确定单元中压应力的附加自由度。
其节点位移只用来计算偏(剪)应变和应力。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26584.2选择实体单元选择实体单元一般情况下应采用二次减缩积分单元(CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R)。
在应力集中局部采用二次完全积分单元(CAX8,CPE8,CPS8,C3D20)。
对含有非常大的网格扭曲模拟(大应变分析),采用细网格划分的线性减缩积分单元(CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R)。
对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调单元(CAX4I,CPE4I,CPS4II,C3D8I等)的细网格划分。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2659采用非协调单元时应使网格扭曲减至最小。
三维情况应尽可能采用块状单元(六面体)。
对小位移问题采用二次四面体单元(C3D10)是可行的。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26604.7小节小节在诗体单元中所用的数学公式和积分阶数对分析的精度和花费有非常显著的影响。
使用完全积分的单元,尤其是一阶(线性)单元,容易形成自锁现象,在正常情况下不要应用。
一阶减缩积分单元容易出现沙漏现象;充分的单元细化可减小这种问题。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2661在分析中如有弯曲位移,且采用一阶减缩积分单元时,应在厚度方向上至少用4个单元。
沙漏现象在二阶减缩积分单元中较少见。
在大多数一般问题中要考虑应用这些单元。
非协调单元的精度依赖于单元扭曲的量值。
SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2662结果的数值精度依赖于所用的网格。
应进行网格细化研究已确保该网格对问题提供了唯一的解答。
但是应记住使用一个收敛网格不能保证计算结果与问题的行为相匹配:
它还依赖于模型其它方面的近似化和理想化程度。
通常只在想要得到精确结果的区域细化网格。
ABAQUS具有一些先进的特点,如子模型,它可以帮助对复杂模拟得到有用的结果。
HOURGLASSSchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/2663第七章第七章非线性非线性线性分析非线性分析SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2021/7/26647.1非线性的来源非线性的来源材料非线性边界非线性几何非线性SchoolofTransportat
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